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실험 3. RC, RL 미적분 회로
1. 실험목적 저항(R) 및 커패시터(C) 소자를 이용하여 미분 회로를 구현하여 이를 측정함으로써 전기 회로 측면에 서의 미분 개념과 적분 개념을 파악하고, 저항(R)과 인덕터(L)를 이용하여 같은 결과를 도출하는 방법을 확인하여 인덕터와 커패시터의 역할을 이해한다. 2. 실험 이론 (1) 커패시터의 전류, 전압 특성 커패시터는 나란한 두 도체판 사이에 유전체를 끼워놓은 형태의 전하를 저장할 수 있는 소자이다. 이 커패시터가 전하를 저장하는 능력을 커패시턴스라 하는데, 커패시턴스가 크면 같은 전압에서 더 많은 전하를 저장할 수 있다.
그림 1 커패시터 충-방전 회로 다음 그림을 통해 커패시터에 전하가 충전되고 방전되는 과정을 살펴보자. 스위치 O에서 C로 옮겨갔 다고 가정하면 직류전압원 에 의해 커패시터의 위쪽에는 (+)전하가, 아래쪽에는 (-)전하가 쌓이며 커패시터를 흐르는 전류 을 형성한다. 이 전류를 통해 두 도체판에는 각각 +,- 전하가 축적된다. 커 패시터에 전하가 완전히 충전되기까지는 일정한 시간이 소요되며, 커패시터 양단 전압 는 다음과 같 은 지수 함수로 나타낼 수 있다.
- 식 1
는 커패시터 양단의 전압 가 공급된 직류 전압 의 63.2%가 되는 데까지 걸리는 시간으로 시정 수(time constant)이다. 저항과 커패시터의 직렬 연결 회로에서의 시정수는 sec 이다. 커패시터가 완전히 충전된 후 스위치를 D로 옮기면 커패시터에 충전된 전하는 저항 소자를 통하여 방 전한다. 이때 방전도 충전 시와 같은 형태로 시정수에 관련된 함수로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
- 식 2
이 시정수 는 커패시터 충전 전압이 직류 전압 의 36.8%가 되는 데까지 걸리는 시간으로 충전시와 같은 값을 가진다. 충전 상황에서 KVL을 회로 가장자리에 적용하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
- 식 3.1
-…(생략)
그림 2 인덕터 회로 스위치가 C에 있을 때 인덕터에는 전류 이 흘러 이로 인한 자계가 형성되며, 이 자계의 자력선이 인덕터 코일을 관통하여 코일에 전압 이 유도된다. 이 유도 전압 은 코일을 관통하는 자력선의 시간 변화율에 비례하는데, 자력선의 시간 변화율은 인덕터에 흐르는 전류 의 시간 변화율에 비례하므로 인덕터의 전압-전류 관계는 다음과 같은 미분 관계이다. - 식 11 인덕터 소자의 특성에 의해 스위치가 C에서 D로 옮겨갈 때(회로가 개방되는 경우) 인덕터 전류 이 불연속적으로 증가 또는 감소하지 못하고
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A＋받은 RC, RL 미적분회로 예비보고서.pdf
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